Pēdējā laikā ToF kameras ir kļuvušas par neatņemamu mūsdienu vadošā viedtālruņa kameru komplekta sastāvdaļu. Bet kā tās darbojas, kāpēc tās vispār ir vajadzīgas un kur tās var izmantot?
"Tie ir, lai tā būtu," teiks lielākā daļa lietotāju. Fakts ir tāds, ka par ToF sensoriem tiek publicēts ļoti maz informācijas. Ja vien mani kolēģi žurnālisti, un ne visi, un pat specializēti eksperti, nevar skaidri izskaidrot to nepieciešamību. Ieviesīsim nedaudz skaidrības šajā jautājumā. Iespējams, daļa teksta saturēs daudz terminu, bet es centīšos pēc iespējas vienkāršāk izskaidrot, kas ir ToF kamera, kur var pielietot tās iespējas un kā to redzēt darbībā. Nu ejam!
Kas ir ToF kamera?
Atcerieties tās zemūdenes filmas no Otrā pasaules kara? Tur parādījās hidrolokācijas aprīkojums, ko izmantoja ienaidnieka kuģu atklāšanai. Ierīce nosūta skaņas "ping" ūdens telpā un gaida, kad signāls tiks atspoguļots. Atkarībā no laika, kas bija nepieciešams, lai skaņas vilnis atgrieztos, speciālists mēģināja noteikt ienaidnieka zemūdenes atrašanās vietu.
Tāpat kā hidrolokators, arī ToF kamera mēra laiku, kas nepieciešams, lai gaisma atlec no objekta. Pēc tam kamera izmanto aizkaves datus, lai noteiktu attālumu. Tādējādi ToF sensors izveido trīsdimensiju pasaules karti.
Tāpēc ToF kameras dažreiz sauc arī par "dziļuma kamerām". ToF kamera (Time of Flight) ir sensors, kas spēj izstarot sava veida gaismu infrasarkanajā spektrā un pēc tam reģistrēt tā atstarošanas ātrumu no objekta. Pats sensors sastāv no divām daļām: pirmā ir diode, kas izstaro infrasarkano gaismu, bet otrā ir īpaša gaismas jutīga matrica.
Kamera mēra laiku, pēc kura no objekta atstarotā gaisma atgriežas tajā. Pamatojoties uz aprēķiniem, kas veikti ar precizitāti līdz nanosekundei, ierīce spēj ne tikai precīzi novērtēt atsevišķu objektu attālumu no sensora, bet arī noteikt to formu. Tiesa, tas ir ļoti līdzīgs sonāram. Tikai šajā gadījumā mēs objektam sūtām gaismu, nevis skaņu.
Sensori, kas darbojas pēc līdzīga principa, tiek izmantoti arī NASA būvētajās autonomajās automašīnās vai pat kosmosa zondēs. Progresīvā miniaturizācija un salīdzinoši zemās ražošanas izmaksas nozīmē, ka šī tehnoloģija jau šodien varētu būt jūsu kabatā. Fakts ir tāds, ka ToF sensori jau ir daudzos populārākajos viedtālruņos. Šeit ir dažas mobilās ierīces, kas aprīkotas ar ToF kamerām:
- Samsung Galaxy S10 5G
- Samsung Galaxy 10. piezīme
- Samsung Galaxy S20 +
- Samsung Galaxy S20Ultra 5G
- LG G8 Thin Q
- OPPO RX17 Pro
- Honor 20 skats
- Huawei P30 Pro
- Huawei Mate 30 Pro
- Huawei P40 Pro
- OPPO Reno
- Sony Xperia XZ4
Esmu pārliecināts, ka katru gadu šis saraksts tikai paplašināsies, jo šī sensora potenciāls ir vienkārši milzīgs. Iespējams, drīz Google arī uzstādīs šādu kameru savos Pikseļos. Ir arī cerība, ka un Apple pievērsīs uzmanību ToF sensoram un veicinās šīs tehnoloģijas lielo popularizēšanu, kā arī pilnībā izmantos tās iespējas. Ne velti līdzīgs sensors parādījās arī jaunajā iPad Pro.
Nu, teorija ir skaidra, tagad paskatīsimies tuvāk uz ko ToF kamera spēj praksē. Jāsaprot, ka jūs nevarat vienkārši paņemt un ieslēgt šo sensoru, taču jūs joprojām varat to izmantot dažās lietojumprogrammās, pat fotografējot ar kameru.
Kā var izmantot ToF kameru?
Mēs izmērām attālumu
Dažos viedtālruņos Samsung (ieskaitot Note10+, S20+ un S20 Ultra) un Huawei (ieskaitot P30 Pro, Mate 30 Pro, Huawei P40 Pro), varat instalēt attāluma mērīšanas lietotni ar nosaukumu Measure.
Viss darbojas diezgan vienkārši un ar iespaidīgu precizitāti. Testu ietvaros mērīju, izmantojot šo aplikāciju un viedtālruni Samsung Galaxy S20 Ultra jūsu televizora ekrāna garums, platums un diagonāle, un tālrunis deva izmērus ar precizitāti līdz centimetram.
Fona aizmiglojums, uzņemot fotoattēlu
Viens no 3D renderēšanas sistēmas lietojumiem varētu būt digitālā lauka dziļuma izveide, lai fotoattēliem vai videoklipiem varētu pievienot izplūdušu fonu. Pašlaik tas darbojas tikai fotoattēliem, nevis videoklipiem. Funkcija arī ļauj atbrīvoties no nevajadzīgiem objektiem, kas nokļuvuši kadrā, vai foniem, kas sabojā attēla iespaidu.
Turklāt dažos tālruņos ToF sensors atbalsta autofokusu vai ļauj precīzāk aizmiglot fonu portreta režīmā. Īsāk sakot, tas palīdz uzņemt labākus pašbildes, lai iepriecinātu savus sekotājus, piemēram, iekšā Instagram.
Kustības izsekošana
LG G8 ThinQ viedtālruņa priekšējā panelī atrodas ToF sensors, kas cita starpā tiek izmantots, lai noteiktu kosmosā veiktus žestus. Par šādu žestu izmantošanas iespējām īsti runāt negribas, labāk paraugieties paši.
Google Play piedāvā arī vairākas kustības spēles, kas ir līdzīgas tām, kuras atbalsta kontrolieris Microsoft Kinect.
3D modeļu un paplašinātās realitātes izveide
Par iespēju izveidot 3D modeļus ar ToF kameras palīdzību var runāt bezgalīgi. Jau tagad varat izmantot pašbildes no dažādiem leņķiem, lai izveidotu savas sejas modeli un pat izdrukātu to, ja pie rokas ir 3D printeris. Protams, kāds teiks, ka tās ir tikai spēles un izklaide. Bet pilnīgi iespējams, ka nākotnē ToF kameras tiks izmantotas, lai izveidotu detaļas automašīnām vai citiem mehānismiem.
Virtuālā un paplašinātā realitāte arvien neatlaidīgāk klauvē pie mūsu durvīm. Spēles ar paplašinātās realitātes atbalstu arvien vairāk tiek parādītas viedtālruņos Android un iOS. Tas ir aizraujošs, izglītojošs un ļauj lietderīgi pavadīt laiku. Jo īpaši Play tirgū jūs jau varat atrast lielu skaitu lietojumprogrammu un spēļu ar Google ARCore platformas atbalstu. Pietiek lejupielādēt un instalēt Google Play Services for AR aplikāciju, un šādas spēles un aplikācijas tev būs pieejamas paplašinātajā realitātē. Tieši ToF kameras izmantošana ļauj pilnībā izbaudīt paplašinātās realitātes efektu.
Savukārt jaunajā Apple iPad Pro dziļuma sensors ir atbildīgs par precīzāku virtuālo objektu pārklājumu uz attēla no kameras paplašinātās realitātes režīmā.
Viedtālrunis kā nakts redzamības ierīce?
Šobrīd lielākajai daļai ierīču ToF sensors lietotājam darbojas gandrīz nemanāmi, atbalstot tikai tās funkcijas, kurās nepieciešams noteikt ainas dziļumu.
Taču Google Play atradu izcilu aplikāciju Night Vision, kas ļauj izmantot 3D skeneri neierastā lomā. Es to uzstādīju savā Huawei P30 Pro.
Lietojumprogramma reāllaikā parāda, ko ToF sensors uztver. Tā kā tajā tiek izmantota infrasarkanā gaisma, kas cilvēka acij ir neredzama, dziļuma karte ir skaidri redzama pat pilnīgā tumsā.
Es biju pārsteigts, cik lielu laukumu var skenēt tik niecīgs sensors. Biju gaidījis, ka pēc dažiem desmitiem centimetru tas iztukšosies, taču praksē izrādījās, ka visas telpas trīsdimensiju karti var izveidot vienā mirklī. ToF kamera viegli nosaka mazu objektu formu 4-5 metru attālumā.
Jūsu bērnam īpaši patiks šāda nakts redzamības ierīce. Esmu pārliecināts, ka viņa nekavējoties skries izpētīt tava dzīvokļa vai mājas tumšākos stūrus.
ToF kamera kā biometriskais sensors
ToF kamera visbiežāk tiek realizēta divu miniatūru caurumu veidā, kuros ir paslēpta infrasarkanā diode un matrica. Šeit rodas jautājums: "Kāpēc Apple vai nevēlas izmantot šo tehnoloģiju tās TrueDepth sistēmas vietā, kuras vairāki sensori aizņem vairāk nekā pusi no tālruņa ekrāna platuma?
Iemesls, iespējams, ir sliktā skenēšanas kvalitāte. ToF kamerām, kuras tiek izmantotas viedtālruņos, pašlaik ir ļoti zema izšķirtspēja (līdz 240p), kā rezultātā attēli ir ļoti pikseļi.
Kā redzat, šādas skenēšanas detaļas ir pārāk mazas, lai programmatūra varētu precīzi noteikt sejas vaibstus.
Bet, personīgi, es neredzu nekādas kontrindikācijas, saskaņā ar kurām sejas skeneris nevarētu darboties hibrīdrežīmā. Teorētiski, tajā pašā laikā, kad selfiju kamera analizē sejas vaibstus un nosaka atvērtas acis, ToF sensors pārbauda, vai tas patiešām ir saistīts ar noteiktas formas un izmēra trīsdimensiju objektu, nevis fotoattēlu.
Šādu skeneri ir potenciāli ļoti grūti apmānīt, un tajā pašā laikā tas ir ātrs, lēts un neinvazīvs. Tāpēc es nebūtu pārsteigts, ja tuvākajā nākotnē Apple izmantos ToF tehnoloģiju, lai izveidotu nākamās paaudzes Face ID skeneri, tāpēc šāda veida 3D sejas atpazīšana kļūs arvien izplatītāka.
Man izdevās to noskaidrot Huawei P40 Pro ir uzstādīts tieši šāds ToF sensors, tas atrodas starp dubulto priekšējo kameru un piedalās sejas atbloķēšanas procesā. Un es joprojām prātoju, kāpēc ir ieslēgta atbloķēšana ar seju Huawei P40 Pro ir daudz ātrāks nekā tā priekšgājējs P30 Pro. Turklāt apmānīt jauno flagmani ar fotogrāfijas palīdzību noteikti nav iespējams. Es tikko pārbaudīju.
Nākotnes lietotnes mobilo filmu veidotājiem
Ikviens, kurš izmanto savu viedtālruni video uzņemšanai, būs ārkārtīgi ieinteresēts, ja 3D ToF tehnoloģiju var izmantot, lai fonam pievienotu seklu lauka dziļumu. It īpaši, ja procesu var pārcelt uz pēcapstrāde, jo tas nodrošina lielāku elastību.
Arī ToF iespējas var interesēt tos, kuri saviem video pievieno datora efektus. Piemēram, izsekojot kustību video, labāk fokusēties uz objektu pēc iespējas precīzāk. Izmantojot 3D karti, mums vajadzētu ļaut mums fotografēt visu, kas ir fokusā, un vēlāk pievienot nepieciešamo fona izplūšanu un īpašos efektus, ja nepieciešams.
No manas puses tās ir tikai spekulācijas, taču 3D skenēšanai noteikti ir milzīgs potenciāls uzlabot video uzņemšanas procesu. To jau ir pierādījis mūsdienu kino un, ceru, drīzumā parādīsies arī patērētāju segmentā.
Iemesls, kāpēc šīs funkcijas vēl nav pieejamas viedtālruņu kamerās, uzņemot video, iespējams, ir saistīts ar nepieciešamību palielināt apstrādes jaudu. Testēšana ir pierādījusi, ka viedtālruņi uzsilst, izmantojot ToF sensoru. Un tā kā tiem nav aktīvās dzesēšanas, tā var būt neliela problēma.
Taču, palielinoties mobilo procesoru jaudai, domāju, ka ToF kameras tiks plašāk izmantotas foto un video aplikācijās.
Vienu var teikt droši – ToF ir liels potenciāls
Pats fakts, ka viedtālrunis var darboties kā īpaši precīza attāluma mērīšanas ierīce vai nakts redzamības ierīce, nozīmē, ka es nekad vairs nepirkšu tālruni bez ToF sensora. Šī ir viena no interesantākajām pēdējo gadu tehnoloģijām, un tā ir tikai sava ceļa sākumā.
Apbrīnojami, ka tik mazs sensors spēj paveikt tik daudz. Es šķērsoju pirkstus, ka ražotāji un lietotņu izstrādātāji turpinās strādāt pie tā iespēju izmantošanas. Esmu pārliecināts, ka par jaunām ToF kameras aplikācijām dzirdēsim ne reizi vien. Un kurš tagad teiks, ka tas ir lieks papildinājums viedtālruņu kameru galvenajam komplektam?
interesanta informācija